[發(fā)明專(zhuān)利]調(diào)制光譜信號(hào)的諧波小波分析方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410101814.4
• 申請(qǐng)日: 2014-03-19
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103886199A
• 公開(kāi)（公告）日: 2014-06-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 金星;王廣宇;周鑫
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 中國(guó)人民解放軍裝備學(xué)院
• 主分類(lèi)號(hào): G06F19/00
• 分類(lèi)號(hào): G06F19/00
• 代理公司: 北京天奇智新知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11340
• 代理人: 謝磊

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于光學(xué)測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，更近一步涉及一種基于諧波小波原理的可調(diào)諧半導(dǎo)體激光吸收譜（TDLAS）調(diào)制信號(hào)分析方法，可用于基于TDLAS技術(shù)的氣體溫度、濃度及氣流速度方面的測(cè)量。?

背景技術(shù)

可調(diào)諧半導(dǎo)體激光吸收譜（TDLAS）技術(shù)因其受氣體環(huán)境影響小、響應(yīng)速度快、可靠性高、不會(huì)對(duì)被測(cè)環(huán)境造成擾動(dòng)等突出優(yōu)點(diǎn)在眾多新型測(cè)量技術(shù)中脫穎而出，受到廣泛重視。TDLAS技術(shù)中的波長(zhǎng)調(diào)制譜技術(shù)對(duì)激光光強(qiáng)進(jìn)行高頻的調(diào)制，能夠應(yīng)用于噪聲較大的環(huán)境中，因而應(yīng)用非常廣泛。波長(zhǎng)調(diào)制譜技術(shù)采用了高頻調(diào)制信號(hào)，其測(cè)量信息包含在諧波信號(hào)之中，通過(guò)對(duì)諧波信號(hào)進(jìn)行分析得到氣體溫度、濃度及氣流速度方面的測(cè)量結(jié)果。現(xiàn)有的TDLAS調(diào)制信號(hào)分析方法有以下一種。?

TDLAS調(diào)制信號(hào)數(shù)字鎖相分析方法。例如，Li?Hejie在博士論文“NEAR-INFRARED?DIODE?LASER?ABSORPTION?SPECTROSCOPY?WITH?APPLICATIONS?TO?REACTIVE?SYSTEMS?AND?COMBUSTION?CONTROL”:46-50中提出利用數(shù)字鎖相的方法對(duì)TDLAS調(diào)制信號(hào)進(jìn)行諧波信號(hào)檢測(cè)，但是該方法所檢測(cè)的信號(hào)包含較多雜質(zhì)信號(hào)，結(jié)果不是很精確，影響TDLAS技術(shù)的檢測(cè)精度。?

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，根據(jù)TDLAS調(diào)制信號(hào)的特?點(diǎn)，采用諧波小波原理對(duì)調(diào)制信號(hào)進(jìn)行分解，根據(jù)倍頻信號(hào)的頻段，得到分析信號(hào)所需要的分解層數(shù)。在此基礎(chǔ)上，提出了一種適用于TDLAS調(diào)制信號(hào)的諧波小波分析方法，實(shí)現(xiàn)較為精確的倍頻信號(hào)提取。?

本發(fā)明的具體實(shí)施步驟如下：?

1）建立諧波小波表達(dá)式：利用經(jīng)典諧波小波公式，并且使之能夠反映小波在尺度方向上的壓縮和平移得到適用于頻段分析的諧波小波方程：?

h(2^jt-k)＝[exp(i4π(2^jt-k))-exp(i2π(2^jt-k))]/i2π(2^jt-k)?

其中j，k∈Z；?

2）計(jì)算諧波小波展開(kāi)系數(shù)?

2a）對(duì)實(shí)信號(hào)進(jìn)行離散傅里葉變換，得到相應(yīng)的傅里葉系數(shù)；?

2b）基于諧波小波快速算法，諧波小波系數(shù)由步驟2a）中的傅里葉系數(shù)分段，對(duì)每一段傅里葉系數(shù)進(jìn)行IFFT變換得到對(duì)應(yīng)的諧波小波系數(shù)；?

3）確定信號(hào)分解層數(shù)?

3a)取TDLAS調(diào)制信號(hào)的倍頻；?

3b)根據(jù)離散信號(hào)的分析頻率f_N來(lái)劃分倍頻信號(hào)的頻段；?

3c)將該頻段帶入諧波小波分解層數(shù)與信號(hào)分析頻帶劃分的對(duì)應(yīng)關(guān)系，得到分析信號(hào)所需要的分解層數(shù)；?

4）取頻段信號(hào)?

4a）根據(jù)所需頻段對(duì)應(yīng)的分解層數(shù)，取出該層中諧波小波系數(shù)；?

4b）根據(jù)諧波小波快速算法，將該層諧波小波系數(shù)進(jìn)行一系列傅里葉變換得到信號(hào)的傅里葉系數(shù)；?

4c）將傅里葉系數(shù)進(jìn)行傅里葉逆變換得到步驟3b)中頻段對(duì)應(yīng)的離散信?號(hào)；?

5）構(gòu)造包絡(luò)函數(shù)；?

5a）基于3(a)中的TDLAS調(diào)制信號(hào)的倍頻，建立對(duì)應(yīng)頻率的正弦和余弦離散信號(hào)；?

5b）將正弦與余弦信號(hào)分別乘以需要取包絡(luò)的信號(hào)，得到兩路信號(hào)；?

5c）建造低通濾波器，并將5b）中得到的兩路信號(hào)分別通過(guò)該濾波器；?

5d）將通過(guò)濾波器的兩路信號(hào)逐點(diǎn)進(jìn)行平方、相加和開(kāi)根號(hào)運(yùn)算；?

6）取倍頻信號(hào)：將4c）中的離散信號(hào)帶入包絡(luò)函數(shù)中進(jìn)行運(yùn)算，得到TDLAS調(diào)制信號(hào)的倍頻信號(hào)。?

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明的流程圖；?

圖2為仿真的調(diào)制光譜信號(hào)圖；?

圖3為利用數(shù)字濾波方法，設(shè)置巴特沃斯濾波器階數(shù)為6，低通截止頻率分別為28kHz、38kHz、48kHz和62kHz，得到的2倍頻信號(hào)圖；?

圖4為利用數(shù)字濾波方法，設(shè)置巴特沃斯濾波器低通截止頻率為48kHz，濾波器階數(shù)分別為2階、3階、4階和6階，得到的2倍頻信號(hào)圖；?

圖5為本發(fā)明的諧波小波分析方法得到的頻段信號(hào)和2倍頻信號(hào)；?

圖6為本發(fā)明的諧波小波分析方法得到的2倍頻信號(hào)與仿真的2倍頻信號(hào)的比較圖。?

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的描述。?

參照?qǐng)D1，本發(fā)明的具體實(shí)施步驟如下：?

步驟1.建立諧波小波表達(dá)式。?